UNIVERSIDADE DE SƒO PAULO ENGENHARIA QU .caminhos mais fceis, evita partes com empacotamento

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  • LOQ 4017 OPERAES UNITRIAS

    EXPERIMENTAL II

    UNIVERSIDADE DE SO PAULO

    ENGENHARIA QUMICA

    Profa. Lvia Chaguri

    E-mail: lchaguri@usp.br

  • FILTRAO

    1 Semestre de 2015

  • Filtrao: separao de partculas slidas de um fluido pela

    passagem desse fluido em um meio filtrante ou parede separadora,

    no qual os slidos so depositados (McCabe, 2007).

    Filtraes industriais: simples ou complexas.

    Fluido: lquido ou gs.

    Filtrado: lquido, slido ou ambos.

    Desenvolvimento de diversos tipos de filtros: variedade de materiais

    a serem filtrados. Diferentes condies de operao dos processos.

    Introduo

  • Mecanismos de Filtrao

    Introduo

    Filtro de torta Filtro clarificador

    Filtro de fluxo transversal

  • Mecanismos de Filtrao

    Introduo

    Fora motriz: diferena de presso.

    Classificao dos filtros pela fora motriz:

    - Filtros que operam com P superior a atmosfrica ao fora

    gravitacional (bomba) ou centrfuga.

    - Filtros que operam com P atmosfrica.

    - Filtros que operam vcuo mais utilizados na indstria.

  • Introduo

    Os filtros podem funcionar:

    por ao da gravidade, o lquido flui devido a existncia

    de uma coluna hidrosttica;

    por ao de fora centrfuga;

    por meio da aplicao de presso ou vcuo para

    aumentar a taxa de fluxo.

  • Mecanismos de Filtrao

    Introduo

    Filtros de torta: separam grandes quantidades de slidos em forma

    de torta ou lodos.

    Dispositivos para lavagem da torta.

    Filtros clarificadores: separam pequenas quantidades de slidos

    para produzir gs limpo ou lquido transparente (bebidas).

    Filtros de fluxo transversal: a suspenso da alimentao flui sobre

    presso com velocidade alta atravessando o meio filtrante.

    Forma camada fina de slidos na superfcie do meio. Parte do

    lquido passa pelo meio como filtrado. Suspenso mais concentrada.

    Separao e concentrao de partculas coloidais.

  • Filtro de torta

    No incio da filtrao algumas partculas slidas entram nos poros

    do meio filtrante e ficam imobilizadas.

    Depsito de partculas slidas sobre a superfcie do meio filtrante.

    Formao da torta de slidos: realiza a filtrao e no o meio

    filtrante.

    Torta: aumento da espessura: necessrio retirar periodicamente.

    Filtros de torta: separaes slido-lquido.

    Podem operar com presso maior que a atmosfrica e a vcuo.

    Operam fluxo contnuo ou batelada.

    Maioria batelada: dificuldade de descarregar slidos contra uma

    presso positiva.

  • Filtro de torta

    Filtrado

    Alimentao

    Meio poroso

    Torta

    Ele separa as partculas em uma fase slida

    (torta) e permite o escoamento de um fluido claro

    (filtrado).

  • Filtro de presso descontnuos

    Filtro Prensa

    - Utilizam uma elevada presso diferencial atravs do meio

    filtrante para conseguir filtrao rpida, econmica com lquidos

    viscosos ou slidos finos.

    - Conjunto de placas desenhadas para proporcionar uma srie de

    cmaras ou compartimentos para coletar os slidos.

    - Placas so cobertas pelo meio filtrante lona.

    - Suspenso introduzida em cada compartimento sobre presso.

    - O lquido atravessa a lona e sai por um tubo de descarga.

    - Torta fica retida entre as placas com slidos midos.

  • Filtro de presso descontnuos

    Filtro Prensa

    - Placas podem ser quadradas, circulares, verticais ou horizontais.

    - Filtro formado por placas e quadros

    - Placas quadradas so alternadas com os quadros abertos.

    - Placas e os quadros esto acopladas por parafusos ou prensa

    hidrulica.

    - Suspenso entra por um extremo do conjunto de placas e quadros,

    passa por uma esquina at o canal longitudinal que percorre o

    equipamento.

    - Slidos so depositados nos lados cobertos da tela das placas.

    - Lquido passa pelas telas, desce pela placa e sai do filtro prensa.

  • Filtro de presso descontnuos

    Filtro PrensaDescarga do

    filtrado

    Placa

    fixa Placa

    de

    polipropileno

    Placa

    mvel Painel de

    controle

    Cilindro

    hidrulico

    Alimentao

    da suspenso

    Freio do

    cilindro

  • Filtro Prensa - Operao Acomoda-se as placas e quadros: montagem da prensa.

    Alimentao da suspenso por meio de uma bomba ou tanque

    pressurizado (3 a 10 atm).

    Filtrao da suspenso at que no saia mais lquido na descarga ou a

    presso de filtrao aumente subitamente: quadros cheios de slidos.

    Entrada do lquido de limpeza para extrair impurezas solveis dos

    slidos.

    Insuflao da torta com vapor ou ar para deslocar todo lquido residual.

    Abertura da prensa: retirada da torta do meio filtrante.

    Torta: cai em uma esteira transportadora de slidos para um depsito de

    armazenamento.

  • Filtro Prensa - Operao

    https://www.youtube.com/watch?v=3egFDlWXH-w

    https://www.youtube.com/watch?v=3egFDlWXH-w

  • Filtro Prensa - Operao

    Industrialmente: operao automatizada.

    Limpeza da torta pode durar vrias horas: lquido vai por

    caminhos mais fceis, evita partes com empacotamento da

    torta.

    Filtro de tecido

    TortaMarco

    Placa

    Alimentao

    Filtrado

  • Filtro-Prensa

  • Carga

    SecagemSecagem

    Ciclo de lavagem

    Descarga

    Vlvula automtica

    Formao da tortaSuspenso

    Filtros contnuos a vcuo- Lquido puxado por um meio filtrante em movimento

    - Meio filtrante: depsito de torta

    - Torta separada da zona de filtrao, lavada, seca por aspirao e

    volta ao meio filtrante para reiniciar outra filtrao.

    - Sada de lquidos e slidos de forma contnua.

    - Presso diferencial do meio filtrante no elevada (250 500

    mmHg).

    - Tipos de filtro: tambor rotatrio e tambor rotatrio a presso.

  • Filtro de tambor a vcuo, rotativo e contnuo.

  • Filtrao centrfuga- Slidos que formam uma torta porosa podem ser separados dos

    lquidos em uma centrfuga filtrante.

    - Suspenso alimentada em uma cesta rotatria com parede

    perfurada recoberta com meio filtrante (lona ou tela metlica).

    - Presso resultante da ao centrfuga obriga o lquido passar pelo

    meio filtrante, ficando os slidos retidos.

    - Quando no alimentada e a centrifugao continua, a torta de

    slidos fica livre da maior parte do lquido residual.

    - Torta mais seca comparada ao filtro prensa e vcuo.

    - Tipos de centrfugas de filtrao: mquinas suspensas que operam

    de forma descontnua, mquinas automticas de ciclo curto e

    centrfugas contnuas transportadoras.

  • Filtrao centrfuga- mquinas suspensas que operam de forma descontnua,

  • Filtrao centrfuga- Centrfuga automtica descontnua

  • Filtrao centrfuga- Centrfuga transportadora contnua

  • Meios filtrantes

    1. Reter os slidos a serem filtrados: filtrado claro.

    2. No obstruir-se.

    3. Ser qumica e fisicamente resistentes.

    4. Permitir que a torta formada se desprenda de forma completa e

    limpa.

    5. No ser excessivamente caro.

    Meio filtrante:

    Industrial: tela de lona

    Lquidos corrosivos: tela de l, de ao inoxidvel, vidro ou papel.

    Fibras sintticas: nilon, propileno e polister elevada

    resistncia qumica.

  • Fundamentos da filtrao filtro prensa

    Um ciclo completo de operao em um filtro prensa compreende

    trs etapas:

    1. a filtrao no tempo t,

    2. a lavagem da torta no tempo tL (ocasionalmente desnecessria)

    3. descarga, limpeza e montagem do filtro no tempo tD.

    A produo ou capacidade do filtrado, C, expressa por:

    DL ttt

    VC

    V = Volume do filtrado

    t+ tL + tD = tempo do ciclo completo

  • Fundamentos da filtrao

    FILTRAO COM TORTAS INCOMPRESSVEIS

    A resistncia oferecida pela torta, como apresentado, depende da

    sua compressibilidade. Todavia, na maioria das situaes de

    interesse industrial a filtrao conduzida sob queda de presso

    constante.

    Por via de consequncia, a Equao p = p p1 (para sistemas

    com tortas compressveis) retomada como:

  • Fundamentos da filtrao

    FILTRAO COM TORTAS COMPRESSVEIS

    = Resistncia especfica da torta (bolo).

    Se independente de P a torta incompressvel. Mas usualmente

    aumenta com P, pois a torta geralmente compressvel.

    Assim:

    Torta de filtrao compressvel e incompressvel

    SP)(0

    Sendo:

    0 - Resistncia especfica da torta em presso nula; uma constante;

    S Fator de compressibilidade da torta, constante em domnios

    moderados de presso;

    Quando s = 0, tortas incompressveis.

    Para s entre 0 e 1, tortas compressveis.

  • ExerccioFiltraes a presso constante foram realizadas para uma suspenso de

    CaCO3 em H2O sendo obtidos os resultados apresentados na tabela. A

    superfcie total de filtrao foi 440 cm2, a massa de slidos por volume

    de filtrado foi de 23,5 g/L e a temperatura foi de 25 C (H2O=0,886x10-

    3kg/m s). Calcule os valores de e Rm em funo da diferena de

    presso e elabore uma correlao emprica entre e P.